Skip to main content
SUPERVISOR
Ahmadreza Shafieizadegan esfahani
احمدرضا شفیعی زادگان اصفهانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohammad Milad Abdollahi
محمدمیلاد عبدالهی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394

TITLE

Mechanism of Morphology Development of Secondary Particles From Primary Nanoparticles in Dynamically Cured PP/EPDM Thermoplastic Vulcanizates
The 3-dimentional morphology of polypropylene/Ethylen-propylenen-diene monomer (PP/EPDM) blend was analyzed by electron microscope using a new sample preparation method and it was found that the morphology of this blend is much more complex than what has been reported so far. It is found that depending on the scale of observation, the morphology is co-continuous or matrix-disperse. Independent of the employed procedure for blending, in a wide range of compositions, the space is filled with micro particles which have co-continuous internal structure. When the viscosity ratio of the two phases is near unity; the EPDM phase in this co-continuous structure, is formed from nanoparticles which are connected together. The size of micro particles do not change significantly by variation of the viscosity of EPDM phase, but decrease by increasing the viscosity of PP. Furthermore, this scale-dependent morphology has considerable thermal stability. A new mechanism based on surface solubility of PP and EPDM was revealed in order to explain these results. It seems that some chains which get involved simultaneously in both phases act as surfactants. The chains of that phase which has more solubility in the other (PP chains), are the more effective surfactants. According to the Bancraft’s rule in emulsions, this surfactant cause the PP phase to remain the continuous phase even at high EPDM contents. Furthermore, during the formation of EPDM nanodroplets by sheeting mechanism, this surfactant chain which has solved in two droplets, keeps the two droplets connected together like a bridge, and prevents them from separation consequently, a large 3-dimentional structure is formed by nanodroplets sewn together. When hydrodynamic forces break this structure, microdroplets are developed. The size of these microdroplets will be determined mainly by balance between the Stokesian hydrodynamic forces and the bridging forces. At high EPDM contents where phase inversion takes place, this scale-dependent morphology is not observed; instead, multiple droplets consisting of small EPDM droplets in large PP drops are developed which are placed in the continuous EPDM phase. The formation of these multiple droplets is also explained by Bancraft’s law. Since the PP chains act as the more effective surfactant; in the fine PP drops a big entropic repulsion between surfactant chains will be produced; therefore, small EPDM droplets inter to the PP droplets in order to increase PP particles and decrease this entropic repulsion. After dynamic vulcanization, microparticles develop clusters. The size of these clusters is directly proportional to the rate of vulcanization to shear rate. Key Words Morphology, Polymer blend, Thermoplastic olefin, Thermoplastic vulcanizate, PP, EPDM
با به‌کارگیری یک روش آنالیز جدید، ریزساختار سه‌بعدی آلیاژ پلی‌پروپیلن/اتیلن-پروپیلن-دی ان مونومر (PP/EPDM) قبل از پخت دینامیکی با استفاده از میکروسکوپ الکترونی مطالعه و دیده شد که ریزساختار این آلیاژ، ازآنچه تاکنون گزارش‌شده است بسیار پیچیده‌تر است. مشخص شد که بسته به مقیاس مشاهده ریزساختار می‌تواند هم‌پیوسته یا ماتریس-قطره باشد. مستقل از روش آمیزه سازی در این آلیاژ در بازه بسیار گسترده‌ای از ترکیب درصد، تمام فضا از میکرو قطرات پر می‌شود که خود ساختار هم‌پیوسته دارند. درصورتی‌که نسبت گرانروی فازها به یک نزدیک باشد، فاز EPDM در این ساختار هم‌پیوسته، از به هم دوخته شدن نانو قطرات EPDM تشکیل‌شده است. اندازه این میکرو قطرات در اثر تغییر گرانروی EPDM تغییر چندانی نمی‌کند، اما در اثر افزایش گرانروی PP، کوچک می‌شود. همچنین این ریزساختار «وابسته به مقیاس» در مقابل تابکاری حرارتی پایداری قابل‌توجهی دارد. این مشاهدات با ارائه یک ساز و کار جدید با استفاده از انحلال سطحی PP و EPDM تفسیر شد. به نظر می‌رسد بعضی از زنجیرها که هم‌زمان در هر دو فاز حضور دارند به‌عنوان عامل فعال سطحی عمل می‌کنند و زنجیرهای فازی که انحلال‌پذیری بیشتری در فاز مقابل دارد (زنجیرهای PP) عامل فعال سطحی مؤثرتری هستند. این عامل فعال سطحی مطابق قانون بنکرافت در امولسیون‌ها باعث می‌شود تا فاز PP حتی در ترکیب درصدهای بالای EPDM، فاز پیوسته باقی بماند. همچنین در حین تشکیل نانو قطرات EPDM این زنجیر عامل فعال سطحی که در دو نانو قطره حل‌شده است مثل یک پل دو نانو قطره را به هم متصل نگه‌داشته و مانع از جدا شدن آن‌ها می‌شود. با به هم دوخته شدن نانو قطرات یک ساختار سه‌بعدی بزرگ به وجود می‌آید. نیروهای هیدرودینامیکی این ساختار را می‌شکند و میکرو قطرات تشکیل می‌شود. اندازه این میکرو قطرات در اثر موازنه نیروهای استوکسی هیدرودینامیک با نیروهای پل‌زنی مشخص می‌شوند. در مقادیر بالای EPDM که وارونگی فازی اتفاق می‌افتد، «ریزساختار وابسته به مقیاس» فوق دیده نمی‌شود بلکه «قطرات چندگانه» شامل قطرات ریز EPDM در داخل قطرات درشت PP که خود در فاز EPDM قرار دارد تشکیل می‌شود. پیدایش این قطرات چندگانه نیز با قانون بنکرافت تفسیر می‌شود. ازآنجاکه زنجیرهای PP به شکل عامل فعال سطحی قوی‌تر عمل می‌کنند، در قطرات ریز PP ممانعت فضایی بزرگی بین زنجیرهای عامل فعال سطحی وجود دارد. ازاین‌رو قطرات ریز EPDM وارد قطرات PP شده و اندازه قطرات PP بزرگ می‌شود. تا ممانعت فضایی کاهش یابد. پس از انجام پخت دینامیکی و تبدیل ترموپلاستیک اولفینی (TPO) به ترموپلاستیک الاستومر ولکانیده (TPV)، میکرو ذرات تشکیل خوشه می دهند. میزان خوشه ای شدن میکرو ذرات بستگی به سرعت پخت آمیزه EPDM نسبت به سرعت برش دارد. هرچه نسبت سرعت پخت به سرعت برش بیشتر باشد، میکرو ذرات خوشه‌های بزرگتری تشکیل خواهند داد. کلمات کلیدی: ریزساختار، آلیاژ پلیمری، ترموپلاستیک اولفین، ترموپلاستیک الاستومر ولکانیده، پلی‌پروپیلن، اتیلن-پروپیلن-دی ان-مونومر

ارتقاء امنیت وب با وف بومی